CN216285749U - 测量装置及探测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及成像技术领域，特别是涉及一种测量装置及探测系统，该测量装置包括基板，基板上开设有多个容置腔；多个待测模体，每个待测模体的材料不同，待测模体对应地安装容置腔内；驱动组件，驱动组件与基板连接；驱动组件带动基板运动，以切换不同的待测模体移动至位于检测区域。该测量装置用以提供多种不同材料的待测模体，可以满足多种临床和临床前探测器的性能测试，应用范围广范；在测试时驱动组件能够根据测试进程自动切换待测模体，提高测试效率，且可用于多次的重复测试，稳定度高；通过该测量装置对探测器进行测试，获得该探测器对多种不同材料K‑edge的鉴别能力，有利于提高K‑edge成像等能谱应用时能阈选择的准确性以及测试的工作效率和准确度。

Description

测量装置及探测系统

技术领域

本实用新型涉及射线成像技术领域，特别是涉及一种测量装置及探测系统。

背景技术

近年来，能量分辨光子计数探测器在X射线医学成像领域的潜在应用得到了积极研究。

在应用时，需对临床或临床前探测器的性能进行测试，然而目前测试过程效率较低，且无法获知被测试探测器对多种材料的K-edge鉴别能力，导致实际应用成像时误差较大，且工作效率较低。因此，亟需设计一套自动化测试工具。

实用新型内容

有鉴于此，针对上述技术问题，有必要提供一种提高测试效率的测量装置及具有该测量装置的探测系统。

本实用新型提供的一种测量装置，所述测量装置包括：基板，所述基板上开设有多个容置腔；多个待测模体，每个所述待测模体的材料不同，所述待测模体对应地安装所述容置腔内；驱动组件，所述驱动组件与所述基板连接；所述驱动组件带动所述基板运动，以切换不同的所述待测模体移动至位于探测器的检测区域。

在其中一个实施例中，所述测量装置还包括对比模体，至少具有一个所述容置腔空置，所述容置腔内具有气体，形成所述对比模体。

在其中一个实施例中，多个所述容置腔在所述基板上阵列排布。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括第一驱动电机，所述第一驱动电机的驱动轴与所述基板连接，以带动所述基板旋转。

在其中一个实施例中，多个所述容置腔以所述基板的中心为圆心呈环形排布。

在其中一个实施例中，多个所述容置腔沿所述基板的长度方向排布。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括：第一传送带，沿所述基板的长度方向延伸设置；所述基板安装于所述第一传送带上，所述第一传送带转动能够带动所述基板移动，以切换不同的所述待测模体移动至所述检测区域；第二驱动电机，与所述第一传送带连接，用于驱动所述第一传送带转动。

在其中一个实施例中，第二传送带，所述第二传送带与所述基板连接，所述第二传送带转动能够带动所述基板移动，以调节所述待测模体与所述探测器之间的间距；第三驱动电机，用于驱动所述第二传送带转动。

在其中一个实施例中，所述测量装置还包括支撑座，所述基板和所述驱动组件均安装于所述支撑座上。

本实用新型还提供一种探测系统，包括射线源、测量装置和探测器；其中，所述测量装置为以上任意一项所述的测量装置；所述射线源和所述探测器之间的区域为所述检测区域；所述测量装置位于所述检测区域内；所述射线源用于照射所述测量装置中的待测模体，所述探测器用于接收穿设所述待测模体的射线能量。

本实用新型提供的一种测量装置及探测系统，相比于现有技术的有益效果如下：

本实用新型提供的一种提供的测量装置，用以提供多种不同材料的待测模体，在测试时驱动组件能够根据测试进程自动切换待测模体，提高测试效率；且该测量装置具备多种不同K-edge的待测模体，可以满足多种临床和临床前探测器的性能测试，应用范围广；同时，该测量装置可用于多次的重复测试，稳定度高；另外，通过该测量装置对探测器进行测试，获得该探测器对多种不同材料K-edge的鉴别能力，有效降低理论K-edge计算和真实测量之间的误差，为后续K-edge成像等能谱应用提供可靠精确的参数选择依据，有利于提高 K-edge成像等能谱应用时能阈选择的准确性以及测试的工作效率和准确度，进而优化K-edge成像的应用效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的一实施例中的测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的另一实施例中的测量装置的结构示意图。

图3为图2中的A处局部示意图。

图中，1000、探测系统；100、测量装置；10、基板；101、容置腔；20、待测模体；30、支撑座；40、驱动组件；401、第一驱动电机；402、第二驱动电机；403、第三驱动电机；404、第一传送带；405、第二传送带；50、对比模体；200、射线源；300、探测器；3001、检测区域。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型的一个实施例中提供一种探测系统1000，参阅图1，该探测系统1000包括射线源200、测量装置100和探测器300；射线源200用于照射测量装置100的待测模体20，以使射线源200的光束穿透待测模体20；探测器300 用于接收穿设待测模体20的射线光子能量，并产生指示探测到的光子能量的信号。

其中，作为优选的，参阅图1，射线源200和探测器300之间的区域为检测区域3001；测量装置位于检测区域3001内；当然，在其他实施例中射线源200、测量装置100和探测器300之间的相对安装位置关系不局限于以上所述方式。

请继续参阅图1-3，本实用新型提供的一种测量装置100包括基板10和多个待测模体20。其中，基板10上开设有多个容置腔101；多个待测模体20对应地安装容置腔101内；值得注意的是，每个待测模体20的材料不同，从而在进行测试时，测量装置100能够提供多种材料不同的待测模体20进行测试。测量装置100还包括驱动组件40，驱动组件40与基板10连接；通过驱动组件40 带动基板10运动，以切换不同的待测模体20移动至位于检测区域3001进行测试。

本申请提供的测量装置100，用以提供多种不同材料的待测模体20，在测试时驱动组件40能够根据测试进程自动切换待测模体20，提高测试效率；且该测量装置100具备多种不同K-edge的待测模体20，可以满足多种临床和临床前探测器300的性能测试，应用范围广；同时，该测量装置100可用于多次的重复测试，稳定度高；另外，通过该测量装置100对探测器300进行性能测试，获得该探测器300对多种不同材料K-edge的鉴别能力，即获得该探测器300对多种待测模体20进行探测而得到的多种待测模体20的真实质量衰减曲线，有效降低理论K-edge计算和真实测量之间的误差，为后续K-edge成像等能谱应用提供可靠精确的参数选择依据，有利于提高K-edge成像等能谱应用时能阈选择的准确性以及测试的工作效率和准确度，进而优化K-edge成像的应用效果。

可以理解的是，具备同一能量分辨水平的各类探测器300对同一材料进行探测得到质量衰减系数不同，为获得探测器300性能参数，需对多种不同材料的待测模体20进行探测，才能形成切实可靠的该探测器300的K-edge鉴别能力参数表，用于指导K-edge成像应用的实现。

具体的，待测模体20位于射线源200和探测器300的光束通路上，可以理解的是，在进行测试时，待测模体20的投影能够覆盖探测器300的可用区域，确保探测器300的像素点能接收到射线源200穿过待测模体20后的能量衰减信号。

在本申请中，基板10为树脂板，当然在其他实施例中，基板10的材料不局限于以上所述，也可以选用其他材料。

另外，在本申请中，待测模体20的材料可以为金、银、铜、钛、碘、碲、钯或者高浓度溶液及化合物等，待测模体20的材料取材丰富，包括广泛k-edge 范围，适用于多种探测器300的性能测试。

优选的，为控制试验变量，多个待测模体20的厚度一致，换言之，基板10 内的容置腔101厚度一致，以免厚度不同导致试验条件不同。

进一步的，由于射线穿过空气时存在质量衰减，为摒除空气对光子的质量衰减的影响，本申请的测量装置100还包括对比模体50，基板10内至少具有一个容置腔101空置，空置的容置腔101内具有气体，从而形成对比模体50，对比模体50与箔片材料形成的其他待测模体20的厚度一致。射线穿过对比模体 50后存在质量衰减，为尽可能的提高检测精度，需测试对比模体50，并得到特定能量阈值下的穿过对比模体50的能量信号，以此修正待测模体20的质量衰减系数。

其中，对比模体50内的气体优选的为低密度的气体，例如密度低于1.29Kg/m 的气体，其中空气在标准大气压下的密度为1.29Kg/m。当然在其他实施例中，低密度气体也可以是密度大于1.29Kg/m的气体。

作为优选的，对比模体50内为空气或者真空，当然也可以是密度低于或等于空气的气体，此处不做限制。

在其中一个实施例中，多个容置腔101在基板10上阵列排布，对应的分别安装于多个容置腔101内的多个待测模体20以及对比模体50在基板10上成阵列排布，以便于基板10在驱动组件40的驱动下移动，切换待测模体20。

具体的，在其中一个实施例中，参阅图1，多个容置腔101以基板10的中心为圆心呈环形排布，对应的，多个待测模体20以及对比模体50以容置腔101。当然，在其他实施例中，多个容置腔101在基板10上的排布方式不局限于以上所述，例如也可以是如图2和图3所示的方式，多个容置腔101沿基板10的长度方向排布，其中，射线源200朝向探测器300发射射线的方向为第一方向；基板10的长度方向与第一方向垂直。容置腔101也可以以其他的路径进行排列，此处不做限制。

请继续参阅图1，当多个容置腔101以基板10的中心为圆心沿周向排布，对应的，驱动组件40包括第一驱动电机401，第一驱动电机401的驱动轴与基板10连接，以带动基板10旋转，从而切换位于待测区域内的待测模体20，为探测器300提供多种不同材料的待测模体20，且便于实现对多种待测模体20 进行检测。在其他实施例中，对应的驱动组件40的具体结构也不局限于以上所述或图中所示，只需能够实现待测模体20的切换即可，可根据实际需求进行适用性的调整。

例如，在其他实施例中，请参阅图2和图3，当多个容置腔101沿基板10 的长度方向排布；对应的，驱动组件40包括第一传送带404和第二驱动电机402：第一传送带404沿基板10的长度方向延伸设置；基板10安装于第一传送带404 上，第二驱动电机402与第一传送带404连接，用于驱动第一传送带404转动，第一传送带404转动能够带动基板10移动，以切换不同的待测模体20移动至检测区域3001。

进一步地，请参阅图2和图3，驱动组件40还包括第二传送带405和第三驱动电机403，基板10与第二传送带405连接，第三驱动电机403用于驱动第二传送带405转动，以调节待测模体20与探测器300之间的间距，调整投影放大比。

对应的，测量装置100位于射线源200和探测器300之间时，第二传送带 405优选的沿射线源200发射光束的方向延伸设置，第二传送带405转动能够带动基板10沿射线源200发射光束的方向移动，从而调节投影放大比。

优选的，可调节待测模体20与探测器300之间的间距，以使待测模体20 的投影完全覆盖检测区域3001，换言之，待测模体20的投影完全覆盖探测器 300的可用面积。当然，在其他实施例中，可根据实际需求调节投影放大比。

参阅图1和图2，测量装置100还包括支撑座30，基板10和驱动组件40 均安装于支撑座30上，支撑座30用于承载基板10以及驱动组件40。

目前，材料的理论K-edge曲线已知，然而在实际应用中，每种探测器300 的能量分辨率不同，性能不同，导致不同的探测器300对同种材料检测得到质量衰减系数与理论值存在系统误差，测量误差和量子噪声等退化源，因而通过理论值指导实际应用，有可能导致对实际的K-edge成像的能量阈值的范围选择有误，无法得到最优的成像效果。因此，需要针对实际的探测器300形成切实可靠的K-edge鉴别能力参数表，以此指导K-edge成像应用的实现。

由此，基于以上所述的任意一种测量装置100，该测量装置100的使用方法如下,通过该方法能够自动快速的获取探测器300检测能力，该方法包括以下步骤：

S1：调节探测器300预设的能量阈值；

S2：通过驱动组件40选择待测模体20至检测区域3001内进行检测；

S3：探测器300在不同的能量阈值条件下接收到穿过待测模体20的多个能量信号；

S4：任意两个能量阈值之间为能量阈值段，根据对应的能量信号计算获得待测模体20在不同的能量段内的质量衰减系数，形成该待测模体20质量衰减曲线；

S5：测量装置100自动切换不同材料的待测模体20至检测区域3001内进行检测；

S6：获得不同材料的待测模体20的质量衰减系数曲线，汇总形成K-edge鉴别能力参数表。

上述步骤S1-S6不存在固定的顺序关系，例如步骤S1和步骤S2可以互换，又例如，在上述步骤中，每调节一次能量阈值，均通过测量装置100自动切换不同材料的待测模体20进行测试，直至将测量装置100内的所有待测模体20 测试完毕，再对能量阈值进行调节。重复多次，获得不同的待测模体20在不同能量阈值条件下的能量信号。

在其中一个能量阈值条件下，射线源200直接照射到探测器300上，在该预设的能量阈值条件下，探测器300接收到的一个能量信号值。调节探测器300 的能量阈值，探测器300在对应的能量阈值条件下接收到的另一个能量信号值。将两个能量信号值作差，得到探测器300在两个能量阈值之间的能量阈值段内接收到的能量信号。因此，在测量装置100的使用方法中，对探测器300的能量阈值进行多次调节，且优选的为等差调节，即两两相邻的两个能量阈值之间的差相等，从而能够均匀的测试并计算得到多个待测模体20的质量衰减系数。

射线穿过空气和基板10后存在质量衰减，为尽可能的提高检测精度，需测试对比模体50，并得到特定能量阈值下的穿过对比模体50的能量信号，用以对比计算得到待测模体20的质量衰减系数。因此，在步骤S3中，每检测一种待测模体20，均以同样的条件对对比模体50进行检测，当然，也可以是先测试对比模体50，再以同样的测试条件对多种不同的待测模体20进行测量，如此，无需重复测试对比模体50，节省测试时间。

在两个预设的能量阈值之间的能量阈值段内，探测器300接收到穿过对比模体50的能量信号为I_e1，探测器300接收到穿过待测模体20的能量信号为I_e2，另外，射线源200直接照射到探测器300上，探测器300接收到的能量信号为I_e0，那么该待测模体20的质量衰减系数为：

其中，ρ_m为待测模体20的材料密度，T_m为待测模体20的材料厚度。

若不考虑空气和环境因素对光子的衰减效果，则该待测模体20的质量衰减系数为：

其中，ρ_m为待测模体20的材料密度，T_m为待测模体20的材料厚度。

在步骤S3中，完成一次检测得到一个能量信号值，每完成一次检测，再次调节探测器300的能量阈值，得到另一个能量信号值，通过计算得到两个能量阈值之间的能量阈值段内的能量信号，在调节后的能量阈值条件下分别对对比模体50和待测模体20进行检测，重复多次，得到多个能量信号值。

在步骤S4中，根据步骤S3中所得的能量信号，计算两两相邻的两个能量阈值之间的能量阈值段的能量信号，进而计算得到待测模体20在不同能量阈值段内的质量衰减系数，对多个质量衰减系数值进行计算插值，得到该待测模体 20在该探测设备的能量分辨率下的质量衰减曲线，该质量衰减曲线表征探测器 300对于该待测模体20的K-edge鉴别能力。

作为优选的，可调节的能量阈值的范围为待测模体20的K-edge理论能量值±30keV。测试时，在该能量阈值条件中进行检测，从最低能阈值开始采集X射线信号，保障此时探测器300响应水平为最高动态范围的80％左右，采集多帧投影以降低量子噪声，然后逐步调节能量阈值，逐级进行扫描并采集穿过待测模体20的能量信号，例如能量阈值的范围[10keV，70keV]，则在该能量阈值范围内，调节探测设备的能量阈值为10keV开始进行扫描，之后每次调节，能量阈值均增加1keV，相当于以1keV为步距，逐步调节能量阈值重复进行扫描测试，直至能量阈值调节达到70keV，完成扫描后测试结束，探测器300接收到经该待测模体20衰减的射线能量分布，经过与对比模体数据对比并计算，可以得到该待测模体20的质量衰减曲线。需说明的是，在其他实施例中，对能量阈值调节的步距大小不做限制，例如也可以2keV或0.1keV为步距，逐步调节能量阈值。

在其他实施例中，能量阈值范围也可以根据实际使用的探测器300的能量阈值调节范围和射线源200的电压范围进行修改。

在步骤S4中，通过驱动组件40自动快速的切换不同材料的待测模体20，重复步骤S1-S3，直至将测量装置100上的待测模体20全部进行检测；得到多种不同材料的待测模体20的质量衰减曲线，汇总多条质量衰减曲线形成该探测设备的K-edge鉴别能力参数表。

进一步的，在步骤S1中，还包括以下步骤：启动射线源200，并调节射线源200的工作电压。

作为优选的，为了实现更高的入射剂量提高测试数据信噪比，一般将射线源200的平均能量设置到与待测模体20的K-edge能量相等的水平。当然在其他实施例中，射线源200的工作电压的调节不局限于以上所述，通常射线源200 的平均能量与峰值电压的一半比较接近，且射线源200的平均能量会随着电压发生变化，从而射线源200的工作电压可调节至待测模体20的K-edge能量的2 倍，实际测试时射线源200的平均能量会在2倍的K-edge能量值附近上下浮动，如此，能够实现较优的信噪比输出。

在步骤S2中，通过驱动组件40选择待测模体20，切换该待测模体20至位于检测区域3001内，同时还可以通过驱动组件40调节待测模体20与探测器300 之间的间距，从而调节投影放大比。

较优的是，调节待测模体20，以使得待测模体20的投影能够完全覆盖探测器300的检测区域3001。

本实用新型的测量装置100具备多种材料的待测模体20，K-edge覆盖范围广，可以满足多数临床和临床前具备能量鉴别能力的探测器300的性能测试，同时系统稳定度高，可用于长时间的重复测试。并且，该实用新型提供的测量装置100可以通过驱动组件40自动切换射线源200与探测器300之间的材料，形成一套自动化的针对探测器300的测试工具，有效提高工作效率，并且能够获取探测器300对多种材料的K-edge的鉴别能力及其质量衰减系数的分布，形成K-edge鉴别能力参数表，并进一步应用于K-edge成像的能阈参数的选择分析，提高实际应用时的工作效率，以及优化实际应用时的成像效果。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

基板(10)，所述基板(10)上开设有多个容置腔(101)；

多个待测模体(20)，每个所述待测模体(20)的材料不同，所述待测模体(20)对应地安装所述容置腔(101)内；

驱动组件(40)，所述驱动组件(40)与所述基板(10)连接；所述驱动组件(40)带动所述基板(10)运动，以切换不同的所述待测模体(20)移动至位于探测器(300)的检测区域(3001)。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括对比模体(50)，至少具有一个所述容置腔(101)空置，所述容置腔(101)内具有气体，形成所述对比模体(50)。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，多个所述容置腔(101)在所述基板(10)上阵列排布。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，多个所述容置腔(101)以所述基板(10)的中心为圆心呈环形排布。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件(40)包括第一驱动电机(401)，所述第一驱动电机(401)的驱动轴与所述基板(10)连接，以带动所述基板(10)旋转。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，多个所述容置腔(101)沿所述基板(10)的长度方向排布。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件(40)包括：

第一传送带(404)，沿所述基板(10)的长度方向延伸设置；所述基板(10)安装于所述第一传送带(404)上，所述第一传送带(404)转动能够带动所述基板(10)移动，以切换不同的所述待测模体(20)移动至所述检测区域(3001)；

第二驱动电机(402)，与所述第一传送带(404)连接，用于驱动所述第一传送带(404)转动。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件(40)包括：

第二传送带(405)，所述第二传送带(405)与所述基板(10)连接，所述第二传送带(405)转动能够带动所述基板(10)移动，以调节所述待测模体(20)与所述探测器(300)之间的间距；

第三驱动电机(403)，用于驱动所述第二传送带(405)转动。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括支撑座(30)，所述基板(10)和所述驱动组件(40)均安装于所述支撑座(30)上。

10.一种探测系统，其特征在于，包括射线源(200)、测量装置(100)和探测器(300)；其中，所述测量装置(100)为权利要求1-9中任意一项所述的测量装置(100)；

所述射线源(200)和所述探测器(300)之间的区域为所述检测区域(3001)；所述测量装置位于所述检测区域(3001)内；所述射线源(200)用于照射所述测量装置(100)中的待测模体(20)，所述探测器(300)用于接收穿设所述待测模体(20)的射线能量。

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